又一卡脖子技術獲突破,中國2.5米大型雷射陀螺儀試製成功

2022-01-30 快加工
最近,一臺長2.5米的大型雷射陀螺儀原型機在湖南建成,並實現了閉環運行,這是目前國際上第一個投入使用的最為先進的技術方案,國內首次實現了自主試製。據介紹,樣機是由湖南二零八先進科技有限公司(下稱「二零八公司」)技術團隊研製而成,填補了我國在大型雷射陀螺領域的空白,為進一步推進該領域的研究奠定了良好的基礎。


雷射陀螺儀——航天航空關鍵器件,卻被外國長期「卡脖子」

雷射陀螺是一種高精度慣性傳感器,主要用來感知物體的角運動,其核心是四邊形或三角形環形雷射器。結合加速度傳感器構成慣性導航系統,可不依靠 GPS來精確解算運動載體所處的空間位置,是航空、航天、航海等領域的關鍵器件之一。雷射陀螺在軍事上具有很大的應用價值,已被列入各國出口管制清單。

 

當前,國內外研究的雷射陀螺主要分為兩大類,一類是小尺寸的雷射陀螺,它們在導航領域應用較廣;一類是具有大科學裝置特性的大型雷射陀螺。

 

小的雷射陀螺一般邊長在幾釐米到十幾釐米量級,許多海陸空天武器裝備及相關民用領域都用雷射陀螺儀作為核心導航部件,如美軍F-35、F-22戰機、波音、空客等,都是用雷射陀螺作為核心導航部件。現在小型雷射陀螺的研發和生產已經相對成熟,我國在2010年左右已經成為全球可以自主量產小型雷射陀螺的第四個國家。

 

大尺寸雷射陀螺是指邊長在米級以上的陀螺,大面積的優勢賦予了它極高的測量靈敏度和精確度,其測量精度遠遠超過了小型雷射陀螺,這使它在世界時(UT1)測量、地球物理、大地測量、地震等領域具有全新的應用。但是隨著體積的增大,其研製難度也大大提高,研製過程也需要在小型雷射陀螺儀的基礎上多花費5至10年甚至更長的時間,同時需要大量經費支撐。截止到目前,全世界也只有紐西蘭、德國、美國以及中國的一些科研機構進行研究,屬於高精尖基礎科學裝置。國內大型雷射陀螺技術方案一直未能取得突破,相關領域面臨著「卡脖子」的困境。

有望實現高精度世界時(UT1)測量,我國大型雷射陀螺儀獲重大突破

近幾年來,隨著衛星導航、航空航天等科學領域的不斷發展,在某些應用中往往要求UT1參數具有高時間解析度甚至實時性。但是UT1具有實時變化的特徵,即地球方位參數(EOP、地球在空間的自轉角、地極坐標(x, y)、歲差等參數)中最難精確預測的參數,需要通過連續觀測得到,其解算的關鍵是高精度地球參數——地球自轉角速度瞬時值。作為高精度測量世界時(UT1)的一項重要技術,大型雷射陀螺不僅在科學、技術、經濟建設等領域有著廣泛的應用,而且在國防、航天等領域具有戰略意義。

 

隨著國內某單位大型雷射陀螺陀螺原型機的研製需求,二零八公司的研究開發團隊創造性地提出了基於模塊化裝配的大型雷射陀螺製造方案和基於長變焦成像的精密諧振腔準直系統,克服了大尺寸材料加工和超長光路直角等難題。由於資金有限,自主建立了超潔淨與隔振平臺,在狹小的實驗室中盡最大可能先後完成了邊長1 m、1.5 m、2 m、2.5 m、5 m大型雷射陀螺儀原型機的搭建,並在狹小的實驗室內盡最大可能先後完成邊長1 m、1.5 m、2 m、2.5 m大型雷射陀螺儀原型機的搭建,並對雷射陀螺儀的重要數據進行分析。

 

試驗結果表明,基於模塊化裝配的大型雷射陀螺構建方案,完全可以在較短的時間內實現各種邊長的大型雷射陀螺的諧振腔,製造成本遠低於國外現有方案,屬於原始創新,該方案及其相關技術已獲得專利授權。

 

現在,二零八公司的技術方案,已經可以支持3米或3米以上的大型雷射陀螺的製造。

 

構建研究—技術—產品完整鏈條,布局新一代慣性器件研發

總體來看,目前大型雷射陀螺的研究還存在著許多困難。近三十年來,歐美等國的研究隊伍,都用了幾十年的時間來建造這種裝置。大尺寸雷射陀螺具有體積大、靈敏度高等優點,它的製造方法和誤差機制等諸多方面與傳統小體積陀螺相比存在著很大的差距,進一步提高陀螺的性能意義重大。

 

"導航戰"的概念已經提出數年,美國國防部將在2021年再次提出開發新的 PNT技術(Positioning, Navigation, and Timing Technologies)作為 GPS的補充的大背景下,高端慣性器件作為重要支撐器件之一顯得尤為重要。與此同時,高精度慣性器件也是未來無人駕駛汽車、無人機、室內導航、物聯網等領域的基礎器件,眾多的場景創新將依賴於它在性價比和產能等方面的進一步提升。

 

正是在這樣的背景下,原國防科技大學雷射陀螺團隊的盧廣鋒、王飛秉承國防科大研發團隊四十多年的不懈努力精神和先進研發經驗,創立了湖南二零八科技有限公司。而高性能慣性器件的技術壁壘很高,國內在該領域研發的企業很少。二零八公司依託國內頂級慣性器件團隊和材料科學領域的科學家,通過融合基礎研究和工程實踐,實現新一代陀螺儀和加速度計的技術研發、工程技術以及批量生產工藝研究,建立國內研發水平最高、產品系列最完整的通用慣性器件技術平臺,立志成為行業領軍企業。

 

二零八現已聯合國內一流大學相關團隊組建聯合實驗室,建立從前沿基礎研究到工程實施的完整技術研發及產品製造,積極投入新一代慣性器件研發,致力於為國家強盛貢獻力量!

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